agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2024.25.3.395-406agronauka-1668Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ. ЗАЩИТА РАСТЕНИЙОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES. PLANT PROTECTIONПерспективы применения различных видов и штаммов симбиотических бактерий (Xenorhabdus sp.) в биологической защите картофеля от болезней в условиях Европейского Севера РоссииProspects for the use of various species and strains of symbiotic bacteria (Xenorhabdus sp.) in the biological protection of potatoes from diseases in the European North of Russiahttps://orcid.org/0000-0002-9770-0809КотоваЗ. П.KotovaZ. P.

Котова Зинаида Петровна, доктор с.-х. наук, ведущий научный сотрудник отдела земледелия и растениеводства

ш. Подбельского, д. 7, г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, 196608

Zinaida P. Kotova, DSc in Agricultural Science, leading researcher, the Department of Agriculture and Crop Production

sh. Podbelsky, 7, Saint-Petersburg, 196608

zinaida_kotova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1919-0695ДаниловаТ. А.DanilovaT. A.

Данилова Татьяна Алексеевна, кандидат с.-х. наук, ведущий научный сотрудник отдела земледелия и растениеводства

ш. Подбельского, д. 7, г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, 196608

Tatyana A. Danilova, PhD in Agricultural Science, leading researcher, the Department of Agriculture and Crop Production

sh. Podbelsky, 7, Saint-Petersburg, 196608

n-wcirpfm@spcras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3623-1081ДаниловЛ. Г.DanilovL. G.

Данилов Леонид Григорьевич, доктор с.-х. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории микробиологической защиты растений

ш. Подбельского, д. 3, г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, 196608

Leonid G. Danilov, DSc in Agricultural Science, leading  researcher, the Laboratory of Microbiological Plant  Protection

3, sh. Podbelsky, Pushkin, Saint-Petersburg, 196608

info@vizr.spb.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6903-6971АрхиповМ. В.ArkhipovM. V.

Архипов Михаил Вадимович, доктор биол. наук, главный научный сотрудник отдела земледелия и растениеводства

ш. Подбельского, д. 7, г. Пушкин, г. Санкт-Петербург, 196608

Mikhail V. Arkhipov, DSc in Biological Science, chief researcher, the Department of Agriculture and Crop Production

sh. Podbelsky, 7, Saint-Petersburg, 196608

n-wcirpfm@spcras.ruСеверо-Западный Центр междисциплинарных исследований проблем продовольственного обеспечения − обособленное структурное подразделение ФГБУН «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук»РоссияNorth-West Centre of Interdisciplinary Researches of Problems of Food Maintenance, St. Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений»РоссияAll-Russian Research Institute for Plant ProtectionRussian Federation202426062024253395406Copyright © Котова З.П., Данилова Т.А., Данилов Л.Г., Архипов М.В., 20242024Котова З.П., Данилова Т.А., Данилов Л.Г., Архипов М.В.Kotova Z.P., Danilova T.A., Danilov L.G., Arkhipov M.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1668

Разработка экологически безопасных систем защиты растений от грибных патогенов с использованием симбиотических бактерий Xenorhabdus sp. – симбионтов энтомопатогенных нематод (ЭПН) в последние годы является новым направлением в сельскохозяйственной практике и несомненно представляет актуальность и научную значимость. В исследованиях использовали суспензии живых и автоклавированных культур симбиотических бактерийсимбионтов различных видов ЭПН (Steinernema carpocapsae, S. feltiae и S. feltiae protense) с титром бактериальных клеток 107 КОЕ/мл в сравнении с биологическим препаратом Фитоспорин-М (паста) и водой в качестве контроля. В лабораторных условиях при температуре 25 °С нами установлены различия в антибиотической активности первичных форм продуцентов Xenorhabdus sp., выделенных из различных видов ЭПН. Наибольшее ингибирование зоны роста гриба на 4-й день отмечено у метаболитов штамма S. carpocapsae в отношении Alternaria solani. Биологическая эффективность в подавлении этого патогена составила 51 %. Полевые исследования 2022-2023 гг. в условиях Республики Карелия на среднераннем сорте картофеля Ред Скарлетт, показали, что при эпифитотии (низкие температуры воздуха и избыточное переувлажнение) двукратное опрыскивание вегетирующих растений суспензией живых и автоклавированных культур симбиотических бактерий (ЭПН-1-1, ЭПН-2 и ЭПН-2-1) снижали развитие ризоктониоза по сравнению с контрольным вариантом на 50, 64 и 60 % соответственно. Установлено, что двукратная обработка живой и автоклавированной водной суспензией бактерий-симбионтов подвида S. Feltiae была более эффективна и обеспечивала уменьшение степени развития симптомов парши обыкновенной в 1,3–2,8 раза и распространение ризоктониоза в 1,5–2,0 раза. Выявлено также, что двукратное опрыскивание растений во время вегетации живой и автоклавированной суспензией симбиотических бактерий S. feltiae достоверно увеличивает урожайность клубней на 35–22 % соответственно. Таким образом, использование биологически активных вторичных метаболитов Xenorhabdus sp. в качестве биологических средств защиты растений от возбудителей заболеваний на картофеле имеет значительный потенциал.

Research on the development of environmentally friendly plant protection systems against fungal pathogens using symbiotic bacteria Xenorhabdus sp. – symbionts of entomopathogenic nematodes (EPN) has been a new direction in agricultural practice in recent years and undoubtedly represent relevance and scientific significance. The studies used suspensions of live and autoclaved cultures of symbiotic bacteria of symbionts of various types of EPN (Steinernema carpocapsae, S. feltiae and S. feltiae protense) with a bacterial cell titer of 107 CFU/ml in comparison with the biological preparation Phytosporin-M (dough) and water as a control. In laboratory conditions at a temperature of 25 oC, there were established differences in the antibiotic activity of the primary forms of producers of Xenorhabdus sp., isolated from different types of EPN. The greatest inhibition of the fungal growth zone on the 4th day was observed for metabolites of the S. carpocapsae strain against Alternaria solani. Biological effectiveness in suppressing this pathogen was 51 %. Field research conducted in 2022-2023 in the conditions of the Republic of Karelia on the mid-early potato variety ʻRed Scarlettʼ, showed that under epiphytotic conditions (low air temperatures and excessive waterlogging) double spraying of vegetative plants with a suspension of live and autoclaved cultures of symbiotic bacteria (EPN-1-1, EPN-2 and EPN-2 -1) reduced the development of rhizoctoniosis compared to the control variant by 50, 64 and 60 %, respectively. It was found that double treatment with a live and autoclaved aqueous suspension of bacteria, symbionts of the subspecies S. feltiae was more effective and ensured a reduction in the degree of development of scab symptoms by 1.3–2.8 times and the spread of rhizoctonia by 1.5–2.0 times. It has been also established that 2-fold spraying of plants with a live and autoclaved suspension of symbiotic bacteria S. feltiae during the growing season significantly increases the yield of tubers by 35–22 %, respectively. Thus, the use of biologically active secondary metabolites of Xenorhabdus sp. has significant potential as biological plant protection agents against potato pathogens.

Xenorhabdus bovienii энтопатогенные нематодыкартофельStreptomyces scabies (Thaxter) Waksman & Henrici)Rhizoctonia solani J. G. KuhnPhytophtora infestans (Montagne) de BaryPhoma exigua var.exiguaXenorhabdus bovienii entopathogenic nematodespotatoStreptomyces scabies (Thaxter) Waksman & HenriciRhizoctonia solani J. G. KuhnPhytophtora infestans (Montagne) de BaryPhoma exigua var. exiguaработа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 24-26-20029), https://grant.rscf.ru/site/user/bids?role=masterthe research was carried out under the financial support of the Russian Science Foundation (Grant No. 24-26-20029), https://grant.rscf.ru/site/user/bids?role=masterReferencesShapiro-Ilan D., Hazir S., Glazer I. Advances in use of entomopathogenic nematodes in integrated pest management. In: Kogan M., Heinrichs E. A. (eds). Integrated management of insect pests: current and future developments. Burleigh Dodds Science Publication. UK, 2020. pp. 1–30. DOI: https://doi.org/10.19103/AS.2019.0047.19Shapiro-Ilan D., Hazir S., Glazer I. Advances in use of entomopathogenic nematodes in integrated pest management. In: Kogan M., Heinrichs E. A. (eds). Integrated management of insect pests: current and future developments. Burleigh Dodds Science Publication. UK, 2020. pp. 1–30. DOI: https://doi.org/10.19103/AS.2019.0047.19Gawad M. A., Ruan W., Hammam M. M. A. Entomopathogenic Nematodes: Integrated Pest Management and New Vistas. Egyptian Journal of Agronematology. 2023;22(1):1–18. DOI: https://doi.org/10.21608/ejaj.2023.280551Gawad M. A., Ruan W., Hammam M. M. A. Entomopathogenic Nematodes: Integrated Pest Management and New Vistas. Egyptian Journal of Agronematology. 2023;22(1):1–18. DOI: https://doi.org/10.21608/ejaj.2023.280551Павлюшин В. А., Новикова И. И., Бойкова И. В. Микробиологическая защита растений в технологиях фитосанитарной оптимизации агроэкосистем: теория и практика (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2020;55(3):421–438. DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.3.421rus EDN: FEAOFPPavlyushin V. A., Novikova I. I., Boykova I. V. Microbiological control in phytosanitary optimization technologies for agroecosystems: research and practice (review). Sel'skokhozyaystvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2020;55(3):421–438. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.3.421rusWright P. J. Morphological characterisation of the entomogenous nematodes Steinernema spp. and Heterorhabditis spp. (Nematoda: Rhabditida). New Zealand Journal of Zoology. 1990;17(4):577–585. DOI: https://doi.org/10.1080/03014223.1990.10422955Wright P. J. Morphological characterisation of the entomogenous nematodes Steinernema spp. and Heterorhabditis spp. (Nematoda: Rhabditida). New Zealand Journal of Zoology. 1990;17(4):577–585. DOI: https://doi.org/10.1080/03014223.1990.10422955Boemare N., Biology, Taxonomy and Systematics of Photorhabdus and Xenorhabdus. In: Gaugler R. (ed.). In book: Entomopathogenic nematology. CABI Publishing, CAB International, 2002. pp. 35–56. DOI: https://doi.org/10.1079/9780851995670.0035Boemare N., Biology, Taxonomy and Systematics of Photorhabdus and Xenorhabdus. In: Gaugler R. (ed.). In book: Entomopathogenic nematology. CABI Publishing, CAB International, 2002. pp. 35–56. DOI: https://doi.org/10.1079/9780851995670.0035Данилов Л. Г., Павлюшин В. А. Разработка и реализация инновационного проекта по созданию опытного производства биологических препаратов на основе энтомопатогенных нематод. Вестник защиты растений. 2019;(2(100)):52–55. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39132362 EDN: ISYMPBDanilov L. G., Pavlyushin V. A. Development and implementation of an innovative project on the establishment of experimental production of biological preparations based on entomopathogenic nematodes. Vestnik zashchity rasteniy = Plant Protection News. 2019;(2(100)):52–55. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39132362Brivio M. F., Mastore M. Nematobacterial Complexes and Insect Hosts: Different Weapons for the Same War. Insects. 2018;9(3):117. DOI: https://doi.org/10.3390/insects9030117Brivio M. F., Mastore M. Nematobacterial Complexes and Insect Hosts: Different Weapons for the Same War. Insects. 2018;9(3):117. DOI: https://doi.org/10.3390/insects9030117Bisch G., Ogier J. C., Médigue C., Rouy Z., Vincent S., Tailliez P., Givaudan A., Gaudriault S. Comparative genomics between two Xenorhabdus bovienii strains highlights differential evolutionary scenarios within an entomopathogenic bacterial species. Genome Biology and Evolution. 2016; 8(1):148–160. DOI: https://doi.org/10.1093/gbe/evv248Bisch G., Ogier J. C., Médigue C., Rouy Z., Vincent S., Tailliez P., Givaudan A., Gaudriault S. Comparative genomics between two Xenorhabdus bovienii strains highlights differential evolutionary scenarios within an entomopathogenic bacterial species. Genome Biology and Evolution. 2016; 8(1):148–160. DOI: https://doi.org/10.1093/gbe/evv248Murfin K. E., Whooley A. C., Klassen J. L., Blair H. G. Comparison of Xenorhabdus bovienii bacterial strain genomes reveals diversity in symbiotic functions. BMC Genomics. 2015;16:889. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-015-2000-8Murfin K. E., Whooley A. C., Klassen J. L., Blair H. G. Comparison of Xenorhabdus bovienii bacterial strain genomes reveals diversity in symbiotic functions. BMC Genomics. 2015;16:889. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-015-2000-8Иванова Т. С., Ивахненко О. А., Данилов Л. Г. Новый подвид энтомопатогенных нематод семейств Steinernema feltiae protensesubsp. N. (Nematoda: Steinernematidae) из Якутии. Паразитология. 2001;35(4):333–337. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26019417 EDN: VXJYQBIvanova T. S., Ivakhnenko O. A., Danilov L. G. A new entomopathogenic nematode Steinernema feltiae protense subsp. N. (Nematoda: Steinernematidae) from Yakutia. Parazitologiya. 2001;35(4):333–337. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26019417Boszormenyi E., Ersek T., Fodor A., Fodor A. M., Foldes L. S., Hevesi M., Hogan J. S., Katona Z., Klein M. G., Kormany A., Pekar S., Szentirmai A., Sztaricskai F., Taylor R. A. J. Isolation and activity of Xenorhabdus antimicrobial compounds against the plant pathogens Erwinia amylovora and Phytophthora nicotianae. Journal of Applied Microbiology. 2009;107(3):746–759. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04249.xBoszormenyi E., Ersek T., Fodor A., Fodor A. M., Foldes L. S., Hevesi M., Hogan J. S., Katona Z., Klein M. G., Kormany A., Pekar S., Szentirmai A., Sztaricskai F., Taylor R. A. J. Isolation and activity of Xenorhabdus antimicrobial compounds against the plant pathogens Erwinia amylovora and Phytophthora nicotianae. Journal of Applied Microbiology. 2009;107(3):746–759. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04249.xAkhurst R. J. Morphological and Functional Dimorphism in Xenorhabdus spp., Bacteria Symbiotically Associated with the Insect Pathogenic Nematodes Neoaplectana and Heterorhabditis Free. Journal of General Microbiology. 1980;121(2):303–309. DOI: https://doi.org/10.1099/00221287-121-2-303Akhurst R. J. Morphological and Functional Dimorphism in Xenorhabdus spp., Bacteria Symbiotically Associated with the Insect Pathogenic Nematodes Neoaplectana and Heterorhabditis Free. Journal of General Microbiology. 1980;121(2):303–309. DOI: https://doi.org/10.1099/00221287-121-2-303Данилов Л. Г., Зорина Е. А., Нащекина Т. Ю. Антибиотическая активность Xenorabdus sp. (Enterobagteriaceae) симбионтов энтомопатогенных нематод (Rhabditida: Steinernematidae). Вестник защиты растений. 2017;3(93):33–38. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30079319 EDN: ZIFWIVDanilov L. G., Zorina E. A., Nashchekina T. Yu. Antibiotic activity of Xenorhabdus sp. (Enterobacteriaceae) symbiont of entomopathogenic nematodes (Rhabditida: Steinernematidae). Vestnik zashchity rasteniy = Plant Protection News. 2017;3(93):33–38. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30079319Агансонова Н. Е. Эффективность продуктов метаболизма симбиотических бактерий р. Xenorhabdus против парши обыкновенной. Защита и карантин растений. 2016;(10):25–27. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26738475 EDN: WNDBOVAgansonova N. E. Effectiveness of the products of metabolism of symbiotic bacteria p. Xenorhabdus against the common scab. Zashchita i karantin rasteniy. 2016;(10):25–27. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26738475Benitez T., Rincon A. M., Limon M. C., Codon A. C. Biocontrol mechanisms of Trichoderma strains. International Microbiology. 2005;7(4):249–260. URL: https://www.researchgate.net/publication/8065870_Biocontrol_mechanism_of_Trichoderma_strainsBenitez T., Rincon A. M., Limon M. C., Codon A. C. Biocontrol mechanisms of Trichoderma strains. International Microbiology. 2005;7(4):249–260. URL: https://www.researchgate.net/publication/8065870_Biocontrol_mechanism_of_Trichoderma_strainsFang X. L., Li Z. Z., Wang Y. H., Zhang X. In vitro and in vivo antimicrobial activity of Xenorhabdus bovienii YL002 against Phytophthora capsici and Botrytis cinerea. Journal of Applied Microbiology. 2011;111(1):145–154. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2011.05033.xFang X. L., Li Z. Z., Wang Y. H., Zhang X. In vitro and in vivo antimicrobial activity of Xenorhabdus bovienii YL002 against Phytophthora capsici and Botrytis cinerea. Journal of Applied Microbiology. 2011;111(1):145–154. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2011.05033.x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.